2018年高中物理 第一章 静电场 1.9 静电平衡的特征及应用学案 新人教版选修3-1.doc

静电平衡的特征及应用1、 考点突破：知识点考纲要求题型说明静电平衡的特征及应用1. 理解什么是静电平衡状态；2. 掌握处于静电平衡状态下的导体的特点；3. 知道静电屏蔽及其应用。选择题计算题本知识点属于高考重点，常以静电感应为基础，考查场强的叠加，重点考查处于静电平衡状态下的导体的特征。二、重难点提示： 重点： 1. 理解什么是静电平衡状态； 2. 掌握处于静电平衡状态下的导体的特点。难点：静电屏蔽现象。1. 静电感应把金属导体放在外电场中，由于导体内的自由电子受电场力作用产生定向移动，使得导体两端出现等量的异种电荷，这种由于导体内的自由电子在外电场力作用下重新分布的现象叫作静电感应。（在靠近带电体端感应出异种电荷，在远离带电体端感应出同种电荷）。由带电粒子在电场中受力去分析。静电感应可从两个角度来理解：根据同种电荷相排斥，异种电荷相吸引来解释；也可以从电势的角度来解释，导体中的电子总是沿电势高的方向移动。2. 静电平衡（1）静电平衡发生静电感应后的导体，两端面出现等量感应电荷，在导体内部，感应电荷产生一个附加电场，这个与原电场方向相反，当增大到与原电场等大时，导体内合场强为零，自由电子定向移动停止，这时的导体处于静电平衡状态。注意：没有定向移动不是说导体内部的电荷不动，内部的电子仍在做无规则的运动。（2）处于静电平衡状态下的导体的特点内部场强处处为零，电场线在导体内部中断。导体内部的电场强度是外加电场和感应电荷产生的电场这两种电场叠加的结果。整个导体是等势体，表面是个等势面；导体表面上任意两点间电势差为零。（因为假如导体中某两点电势不相等，则这两点有电势差，那么电荷就会定向运动）表面上任何一点的场强方向都跟该点表面垂直；（因为假如不是这样，场强就有一个沿导体表面的分量，导体上的电荷就会发生定向移动，这就不是平衡状态了）净电荷分布在导体的外表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷，内部没有净电荷。曲率半径小的地方，面电荷密度大，电场强，这是避雷针的原理。3. 尖端放电（1）空气的电离：导体尖端电荷密度大，电场很强，带电粒子在强电场作用下剧烈运动撞击空气分子，从而使分子的正负电荷分离的现象。（2）尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。4. 静电屏蔽（1）定义：把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有电场，由于壳内场强保持为零，外电场对壳内的仪器也不会产生影响的现象。（2）静电屏蔽的两种情况及本质导体内部不受外部电场的影响。接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响。本质：两种情况中，屏蔽的本质是静电感应，使得某一部分空间场强为零，不受电场影响。例题1 长为L的导体棒原来不带电，现将一带电量为q的点电荷放在距导体棒左端R处，如图所示，当导体棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒内中点处产生的场强大小等于_，方向_。思路分析：导体处于静电平衡状态时，导体内部合场强为零，这是点电荷+q所形成的电场与棒两端出现的感应电荷所形成的附加电场在棒中叠加的结果，即E合E1E20。因此可通过计算点电荷q产生的电场E1来确定感应电荷所形成的电场E2的大小和方向。点电荷q在棒内中点处产生的场强由Ek，得，方向向右，由该点合场强为零知，感应电荷在棒内中点处产生的场强大小为，方向向左。答案：，向左例题2 将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内（不与球接触），另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，于是有（）A. A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向B. A的位置不变，B向右偏离竖直方向C. A向左偏离竖直方向，B的位置不变D. A和B的位置都不变思路分析：带正电的小球A放在不带电的空心球C内，由于静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此B所在处有电场，所以B在电场力作用下向右偏而靠近C；由于空心球能屏蔽B球的电场，所以，A所在处场强为零，故A球不受电场力，位置不变。答案：B【方法提炼】导体接地问题的理解方法“等效法”对于导体接地问题，我们可以利用“等效法”理解，导体接地后，把导体和大地等效为一个整体，导体是“近端”，大地是“远端”，“近端”感应出异种电荷，“远端”感应出同种电荷，在远端和近端之间无电场。满分训练：在一个导体球壳内放一个电荷量为Q的点电荷，如下图所示，用E表示球壳外任一点的场强，则（）A. 当Q在球壳中央时，E0B. 不论Q在球壳内何处，E一定为零C. 只有当Q在球心且球壳接地时，E0D. 只要球壳接地，不论Q在球壳内何处，E0思路分析：Q在球壳内任何位置，只会影响球壳内的负电荷分布；球壳外部带正电荷会使外部场强不为零，所以A、B错；而球壳接地会使外部电荷导入大地，所以外部场强才会为零，故C也错，选D。答案：D